三相电动机智能检测保护器.pdf

一种三相电动机智能检测保护器，能对三相电动机在运行中的实时电压、电流和功率进行测量、显示，并能对缺相和过载进行快速保护。本发明所有装置安装在一只塑料外壳中。外壳正面有三排按A、B、C顺序排列的数码管，依次显示三相电压、三相电流和电动机实时功率(KW)，分三次轮流显示。一旦发现某相电流缺相，或负载突然明显增大，保护器动作，切断三相电源。本发明主要由单片机和与之相连的A/D转换器、模拟开关、AC/DC转换器、电流互感器、LED显示器和三只固态继电器组成。单片机、模拟开关和A/D转换器构成的智能仪表对电动机的运行过程进行实时测量、显示，发现重大异常时关断固态继电器实现对电动机的保护。摘要附图显示测量三相电压的显示界面。

权利要求书1.  一种三相电动机智能检测保护器，其特征在于，单片机与A/D转换器相连接组成一只智能直流电压毫伏表，单片机通过模拟开关和R1—R6六只电阻组成三组1/1000分压器，电动机的三相电压经分压器降为毫伏级电压送至模拟开关的VA、VB、VC三个输入端口，电动机三根电源线穿过三只电流互感器LA、LB、LC，其次级电流通过负载电阻RA、RB、RC产生取样电压，送至模拟开关IA、IB、IC端口，模拟开关在单片机控制下依次将三相电压值和三相电流值送给AC/DC转换器转换成直流电压后，再送给A/D转换器，与单片机相连的三组12位LED显示器显示测量值，与单片机相连的三只固态继电器用来控制电动机电源的通断。2.  根据权利要求书1所述三相电动机智能检测保护器，其特征在于，测量结果分三次显示，第一次显示A、B、C三相电压值，第二次显示三相电流值，第三次显示功率值。3.  根据权利要求书2所述三相电动机智能检测保护器，其特征在于，电压值后缀为数码管字体U[代替V]，电流值后缀为数码管字体A,,功率值前缀为数码管字体P,并同时点亮KW[千瓦]透光彩LED指示灯。4.  根据权利要求书1所述三相电动机智能检测保护器，其特征在于，电压测量采用共中线的三相220V电压测量法，以简化测量线路并 降低电压值，使测量更便捷、安全，为适应工业用电习惯，将220V左右的电压乘以1.732，得出380V左右的电压再显示。5.  根据权利要求书1所述三相电动机智能检测保护器，其特征在于，由单片机以程序判断某相电流为零时，立即关断三相电源，保护电动机。6.  根据权利要求书1所述三相电动机智能检测保护器，其特征在于，单片机以程序设定功率值的保护范围，并将设定比例与额定功率进行比较，以确定是否超限，并根据超限比例确定是采取延时关断或立即关断电源。7.  根据权利要求书1所述三相电动机智能检测保护器，其特征在于，功率额定值通过Y、H、L三个按键在电动机启动前，按铭牌标称值进行设定并由单片机记忆。

说明书三相电动机智能检测保护器
技术领域
本发明属于智能制造领域，是以智能技术为基础的新型工业检测防护产品。
技术背景
三相电动机是当前应用最广泛的动力机械，无论总功率还是总台数，它无疑都是人类生产、生活活动中的当然老大。然而从三相电动机发明之日起，迄今一百多年来，运行中意外烧毁的现象与生俱来，至今没有根治之法，成为困扰科技界的百年难题。
这种意外烧毁最主要的两种情况，分别是缺相和过载。由于三相电动机在运行中失去一相电流，电动机仍能继续运转，人们很难察觉；但缺相对电动机的伤害是致命的，运行一段时间后，会因温升过高而烧毁。过载分两种情况，一种是意外卡住，电动机完全不转，电流急剧升高，短时间内电动机即被烧毁；另一种是严重超载，在未被人们觉察的情况下运行一段时间后烧毁。
电动机意外烧毁常常给企业带来很大损失。由于防不胜防，企业深受其害。由此而造成的直接损失和连带综合损失，就全国而言是一个很大的数字。由于在世界范围内电动机安全防护问题也未彻底解 决，放眼世界，电动机意外烧毁造成的损失总量，就更加不可小觑了。
为了解决这一世纪难题，科技界一直都在努力寻求解决之法。当今市场上也有形形色色的三相电动机保护器在销售和使用，但其质次价高的缺陷严重阻碍了该产品的普及和推广，使电动机的保护仍然是工业界的“老、大、难”问题。
现在公知的三相电动机保护器，结构复杂，生产成本高，调试难度大，自然会造成销售价格高。一只几千瓦的三相电动机保护器，售价二百多元，与一台小功率电动机价格接近。人们往往宁愿侥幸一把，也不愿花高价买一只“很少起作用”的保护器。而一旦发生事故，又难免有些后悔。在反复纠结中，产品难以推广，难题依然存在。
智能电工仪表是国际难题，也是我国“863计划”久攻未克的课题。智能电工仪表难题未获解决之前，各类电动机保护器的功能差、结构复杂、价格高的现状还将继续下去。
发明人将此前已申报并已公布的“智能万用安伏表”和“智能三相配电表”的部分技术应用于本发明，设计出以智能电工仪表为核心的三相电动机智能检测保护器，结构简单、成本低、易调校、功能 强大，颠覆了公知的各类保护器的固有模式，不仅使百年难题一朝解决，而且跨越式地进入了智能化时代。经与业界沟通，较低的价格使之“愿为每台电机配一个智能保护器”。
更难能可贵的是，以现有的技术水平，想要检测三相电动机运行中的电流和功率值，即使是专业人士也要颇费周折。本发明可使上述检测自动实现，随时显示。本发明产品的面市，将给工业界带来极大利好。
发明内容
为了解决三相电动机的防护难题，本发明采用了以下四种新型设计：以固态继电器控制三相电源，无噪音、无震动而又易于控制；以智能电工仪表实时检测在线电压和电流值，而后据此计算出电动机的实时功率；三相电压值经分压器变为毫伏值，三相电流值经电流互感器次级的负载电阻，变为数百毫伏的交流电压；这两个数百毫伏的电压经AC/DC转换器转换成直流电压送给A/D转换器。至此，一个完整的智能化检测、防护机制便搭建完成。单片机访问A/D转换器，将检测得到的三相电压值和三相电流值分别进行显示，又从电压值和电流值计算出电动机的实时功率，并进行显示；若电流值和功率值都正常，进行下一轮检测；若电流值缺相，立即关断三路继电器；若功率值超过额定值30％，功率值闪烁警告，但不停机，是否处置人为确定；若功率值超过额定值40％，蜂鸣器断续发出警告3分钟后停机；若功率值超过额定值50％，30秒后停机；若功率值超过额定 值100％，15秒后停机；若功率值超过额定值200％，,5秒后停机。之所以如此设计，是为了在负载偶尔被卡时，给出紧急处置时间，以免机制过于灵敏造成动作频繁。而短时的过载，因电机本身抗过载能力很强，尚不会造成明显损伤。在产品化过程中，上述延时数据按需要调整，使智能防护功能达到尽善尽美的程度。
以上设计的理论依据是，经实测电网电压在用电谷段会超过额定电压的10％(大于420V)，因此，当电动机实时功率超额定值20％时，只显示，不予理会；当短时超载时，延迟启动保护机制。实践证明在重载启动时，电动机电流短时超额定电流3倍以上而无妨，这便是上述延时保护的理论根据。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
1、解决难题
三相电动机在运行中的有效防护这一业界世纪难题，彻底得以解决。
2、功能强大
本发明不仅有灵敏、精准的防护机制，而且可对每台电动机的实时运行情况进行监控，电压、电流、功率值随时显示，是名副其实的智能产品。
3、便于生产
本发明以智能仪表为核心，结构简单，调校容易；不同规格的产品，其区别仅仅是固态继电器和电流互感器的规格不同，机壳尺寸不 同，非常便于大量生产。
4、性价比高
本发明产品价格将明显低于公知的各类电动机保护器的价格；多项智能化功能更大幅度提高了产品的性价比。
5、推广容易
由于产品价格符合消费预期，而且新颖的设计和强大的功能，将强烈地引发企业的购买欲望，产品将迅速被业界接受而普遍应用。
6、效益巨大
业界普遍采用本发明产品后，由电动机意外烧毁造成的直接损失和由此而引发的综合损失将得到有效防止，国家、企业和社会都将从中获得巨大的经济效益。
7、智能仪表试验田
普适性智能电工仪表，在世界范围内千呼万唤不出来。发明人一系列的智能仪表发明，先从本例实施、实用、实战，为而后的专业级仪表生产取得经验。
8、唱响中国智造
本发明有望形成世界范围内的国际领先，从而彰显中国智造的巨大魅力。
附图说明
图1是本发明的原理图。
图2是本发明的电压显示界面。
图3是本发明的电流显示界面。
图4是本发明的功率显示界面。
图5是本发明的检测流程图摘要。
具体实施方式
参照图1：本发明由单片机和与之相连的A/D转换器组成一只直流电压毫伏表，用以测量电动机的三相电压和三相电流；三相电压经R1-—
R6组成的三组1/1000的分压器，将交流市电电压衰减为同数值的交流毫伏电压，并送达模拟开关的VA、VB、VC端口；三根电源线穿过三只电流互感器LA、LB、LC，在其次级产生的感生电流流经负载电阻RA、RB、RC，在负载电阻上产生的取样电压送到模拟开关IA、IB、IC端口；单片机依次将VA、VB、VC三相电压值和IA、IB、IC三相电流值送到AC/DC转换器，将交流电压转换成直流电压后，再送到A/D转换器的输入端；三组12位LED显示器与单片机相连，用以显示测量数据。
单片机经模拟开关依次将三路电压信号和三路电流信号送到A/D转换器进行A/D转换，得到的数字信号依次分组进行显示。第一次显示三相电压值，后缀U表示V；第二次显示电流值后缀为A；根据电压和电流值，计算出电动机实时功率，显示功率值时第一行显示P＝，第二行显示数据，KW透光彩指示灯亮，表示电动机的实时功率。若电流值和功率值都正常，进行下一轮检测；若电流值缺相，立即关断三路继电器；若功率值超过额定值30％，功率值闪烁警告，但不停 机，是否处置人为确定；若功率值超过额定值40％，蜂鸣器断续发出警告3分钟后停机；若功率值超过额定值50％，30秒后停机；若功率值超过额定值100％，15秒后停机；若功率值超过额定值200％，,5秒后停机。保护动作由单片机通过反向器4069驱动三只固态继电器来执行。
本发明产品采用塑料外壳。参看图2：外壳右侧有前后贯通的四个圆孔，四根电源线从后方圆孔插入，其中三根相线穿过PCB板上的电流互感器。线从前方圆孔出来后，固装在接线盒的A、B、C、N四个端子上。电动机的三根电源线接在A、B、C三个端子的外侧接线柱上。
功率额定值通过按键Y、H、L设值，其数值与电动机铭牌相符。
操作举例
将保护器固装于空气开关下方，四根电源线穿过机壳上方的圆孔，接在右下方的接线柱上，电动机电源线暂时不接。合上空气开关，仪表即显示三相电压值，电流值为0。点击Y键，进入设置模式，电压值消失，第一排显示P＝,第二排显示00.00，KW灯亮，第三排消隐。点击H键，设置高位功率值，例如07，点击L键，设置低位值50，至此7.5KW额定功率值设定完毕。点击Y键，退出设置模式，轮流显示开始，第一次显示三相电压；第二次显示三相电流，为全0；第三次显示7.5KW，无P＝标识，表示功率为设定值。至此，设置、校验完毕，功率值被记忆。接上电动机电源线，合上空气开关，电动机和保护器进入正常运行、检测、显示状态。
以上是本发明的10千瓦以下产品规格的举例介绍。产品化过程中的有关升级改进，系列化产品，均应包括在本发明的保护范围之内。